Selbstlernzentrum Chemie

Chemische Formel

Vor der Reaktionsgleichung steht die chemische Formel. Diese „Geheimsprache der Chemiker“ erweist sich bei näherem Hinsehen als ganz einfach – wenn man weiß wie es geht. Dem historischen Weg folgend wird die Substanzformel abgeleitet durch das Kombinieren der Kenntnis der reativen Atommasse eines Elementes mit dem experimentellen Befund, dass alle Stoffe immer in einem konstanten und für die jeweilige Elementkombination (= chemische Verbindung) typischen Massenverhältnis miteinander reagieren (Gesetz der konstanten Massenverhältnisse). So ergibt sich bereits auf der Basis des Dalton’schen Atommodells aus dem beobachteten Massenverhältnis von Wasserstoff mit Sauerstoff (1:8) das Atomzahlverhältnis 2:1, also die Formel H2O. Chemische Formel (1) bietet ein paar entsprechende Beispiele mit Lösungskontrolle. Auf der Basis des später entwickelten differenzierten Atommodells in Verbindung mit der Kenntnis des Zusammenhangs zwischen der Stellung eines Hauptgruppenelementes im PSE, dem Aufbau der Elektronenhülle und der Idee der Edelgaskonfiguration gelingt schließlich die Ableitung der chemischen Formel. Das Übungsblatt Chemische Formel (2) zeigt dazu vier stark vereinfachende, aber letztlich zutreffende Beispiele (dabei wird aber noch nicht unterschieden zwischen Ionenbindung und Elektronenpaarbindung!).

Als äußerst praktisch erweist sich in diesem Zusammenhang der Begriff „Wertigkeit“, der sich auch über die sog. Oxidationszahl erschließt.Die Methode zur Ermittlung dieser oftmals wichtigen Größe wird hier abweichend von der heute offiziellen Schreibweise (römische Zahlen) mit arabischen Zahlen vorgestellt. Schließlich kannten die Römer weder negative Zahlen noch die „Null“. Zur Unterscheidung von der Ionenladung ist aber penibel darauf zu achten, dass die OZ immer genau über das Elementsymbol geschrieben wird und zuerst das Vorzeichen und dann die Formalladung zu notieren ist (vergl. die vier AB’s zu Redoxreaktionen).

Das AB Säuren-Salze-Wertigkeit beschreibt die Grundregeln, nach denen sich ohne Kenntnis der Oxidationszahl die Formeln von Salzen mit mehratomigen Säurerest-Anionen ableiten lassen und bietet ergänzende Übungen an.

Reaktionsgleichung

Achtung: Fummelt nicht an den Formeln herum! Die Atomzahlverhältnisse der Substanzen -und häufig ist die chemische Formel nichts anderes- ergeben sich aus der Wertigkeit der beteiligten Elemente, diese wiederum aus der Stellung dieser Elemente im PSE. Die für diese Übungen verwendeten Formeln sind richtig, sie entsprechen jeweils dem korrekten Atomzahlverhältnis. Also: die tief gestellten, kleinen Zahlen innerhalb einer Formel dürfen nicht verändert werden!

Das Übungsblatt zum Aufstellen von Reaktionsgleichungen (1) ist geeignet als vertiefende Wiederholung dieser Grundfertigkeit zur Beschreibung chemischer Reaktionen. Als Orientierungshilfe zur Überprüfung der Richtigkeit der Lösungen sind die stöchiometrischen Faktoren jeder Reaktionsgleichung aufgelistet aber nicht zugeordnet. Bei dem Übungsblatt Reaktionsgleichungen (2) sind die Reaktionsgleichungen zu ermitteln durch „Übersetzen eines Satzes“. Die korrekten Formeln der Substanzen sind weitestgehend in einer Tabelle aufgelistet.

Bei Reaktionsgleichungen (3)  werden wirtschaftlich bedeutsame und in großem Maßstab praktizierte technische Prozesse und Synthesen beschrieben, eingebettet in den Kontext „Ohne Chemie geht es nicht“. Auch hier findet man bei Bedarf wichtige Formeln, die tabellarisch aufgelistet sind.

Für die Sek 2 spielt das Thema „Redox-Reaktionen“ immer wieder eine zentrale Rolle. Eine Serie von vier aufeinander abgestimmten Arbeitsblättern zum Einrichten komplizierter Redox-Reaktionen beginnt mit einer Beschreibung der Verfahrensweise (RedOx I), die dann über eine Schritt-für-Schritt-Anleitung (RedOx II), ein Arbeits- und Übungsblatt zum Einrichten der Halbreaktionen (RedOX III) bis zu einem Lösungsblatt geht (RedOx IV), das zunächst eher der Selbstkontrolle dient, dann aber auch die Zuordnung der stöchiometrischen Faktoren für die behandelten Beispiele ermöglicht. Die Vorgehensweise bei der Ermittlung von Oxidationszahlen wird anhand grundlegender Regeln als Kurz-Anleitung angeboten.

Organische Chemie

Die beiden Arbeitsblätter zur Organischen Chemie (Nomenklatur, einige funktionelle Gruppen) gehen teilweise deutlich über die aus der Sek I als bekannt vorauszusetzenden Inhalte hinaus. Daher müssen sie auch im Unterricht eingehend besprochen werden. Dennoch eignen sich beide zum Selbststudium. Bei dem AB sind die grau hinterlegten Flächen auszufüllen. Hinweis: Bei den Alkanalen, Alkanonen und Carbonsäuren ist das C-Atom der funktionellen Gruppe Bestandteil der „längsten Kette“. Das umfangreiche Übungsblatt zur erläutert anhand geeigneter Beispiele grundlegende Prinzipien dieser Thematik.  Es enthält Aufgaben und ihre Lösungen. Das Aufspüren der absichtlich eingebauten kleineren Fehler gelingt, wenn die Prinzipien der Benennungsregeln konsequent angewandt werden!

Rechne mit dem Schlimmsten: Der Mol-Begriff

Verständnisprobleme bei der Verwendung oder Anwendung des Mol-Begriffes sind sehr häufig. Molbegriff (1) beschäftigt sich zunächst mit seiner Beschreibung nach dem Motto: eine nützliche Rechengröße in einer Welt von Atomen, Ionen und Molekülen. Hier sind abschließend einzelne leichte Übungen mit Zwischen- und Endergebnissen zur eigenen Kontrolle angegeben.

Molbegriff (2) beschäftigt sich mit der praktischen Seite dieser Thematik: es geht um die Durchführung einiger quantitativer Experimente, die ohne Anwendung des Molbegriffes nicht auskommen. Bei der Vorbereitung solcher Experimente sind entsprechende Berechnungen und die Umsetzung der dabei erhaltenen Ergebnisse notwendig. Die Berechnungen dienen also eher zur Vorbereitung auf die konkrete Durchführung dieser Experimente (Herstellen von Lösungen bestimmter Konzentration, Neutralisations-Titration, Gravimetrie und Photometrie). Wer Spaß daran findet und alles praktisch durchführen möchte, kommt dann einfach mal zur Chemie-AG. Hier kann ganz zwanglos und im eigenen Arbeitstempo experimentiert werden. Fortgeschrittene Rechenkünstler finden hier noch mehr Aufgaben zur Stöchiometrie. Die erfolgreiche Bearbeitung dieser Aufgaben ist z.B. eine gute Voraussetzung zur Teilnahme an der Chemie-Olympiade (Grob-Infos unter dem „Wettbewerbe“-Button oben auf dieser Seite).